Способ крепления горных выработок

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок в трещиноватых породах, укрепления целиков, бортов карьеров и т.п., а также для усиления деформирующихся монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Изобретение решает задачу повышения эффективности крепления выработок с помощью анкерных крепей и упрощения технологии крепления. Способ включает бурение шпуров рядами, установку в них анкеров, загибание их хвостовиков вдоль выработки и прижатие хвостовиков к поверхности выработки. Сцепление анкеров между собой производят с помощью уголка с отверстиями, выполненными в его полках. Отогнутый конец хвостовика анкера предыдущего ряда пропускают через отверстие полки уголка, расположенной перпендикулярно поверхности выработки, и закрепляют его. Анкер следующего ряда устанавливают в шпур через отверстие, выполненное в полке того же уголка, прилегающей к поверхности выработки. Хвостовик анкера может быть закреплен на уголке с помощью стопорного устройства. Хвостовик может быть закреплен на уголке с натягом. При закреплении хвостовика между полкой уголка и стопорным устройством может быть размещен упругоподатливый элемент. Хвостовик можно закреплять клином, установленным между полкой уголка, прилегающей к поверхности выработки, и концом хвостовика. В качестве анкера можно использовать гибкий трос. Анкер может выполняться составным из анкерной части и хвостовика, связанных петлевыми загибами. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок в трещиноватых породах, укрепления целиков, бортов карьеров и т.п., а также для усиления деформирующихся монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Известен способ возведения анкерной крепи по а.с. СССР N 1108214, E 21 D 20/00, 1984, при котором в кровле и боках выработки бурят шпуры, закрепляют в них анкеры, укладывают поперек выработки рулонное ограждение, а затем производят установку вдоль выработки продольных анкерных подхватов, при этом каждый подхват предварительно изгибают по дуге окружности, а при установке прижимают выпуклой стороной к породе и разгибают путем натяжения анкеров. В качестве подхватов используют отрезки из прокатной стали углового равнобокого профиля, концы которого расплющены.

Основным недостатком способа является ограниченность его применения, поскольку его реализация требует достаточно ровной поверхности обнажений выработки, что при буровзрывном способе проходки трудно выполнимо. Кроме того, для установки подхватов необходима высокая точность установки анкеров, что значительно усложняет технологию крепления.

Известен также способ крепления горных выработок по а.с. СССР N 1305356, E 21 D 11/00, 1987, включающий бурение шпуров, установку в них анкеров с петлями на концах хвостовиков, подвеску к анкерам сварной металлической решетки, протягивание в петли анкеров металлического каната и натяжение его путем закручивания в скрутку и с помощью распорных элементов, закладываемых в зазор между канатами и поверхностью выработки, с последующим нанесением на поверхность выработки торкрет-бетона.

Основной недостаток данного способа заключается, прежде всего, в сложности технологии крепления горных выработок, связанной с большим количеством операций и их трудоемкостью. При этом следует также отметить, что натяжение металлического каната путем закручивания в скрутку приводит обычно к обрыву части его проволок и потере прочности. Кроме того, с течением времени металлический канат способен вытягиваться, что в совокупности с общим смещением пород внутрь выработки приводит к снижению натяжения каната и общему снижению эффективности крепи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горных выработок по патенту РФ N 1652592, E 21 D 20/00, 1991, включающий бурение шпуров, установку в них в две очереди анкеров, преимущественно железобетонных или сталеполимерных, с петлями на концах хвостовиков и сцепление их между собой, при этом хвостовики анкеров первой очереди изгибают и располагают вдоль выработки, а второй - изгибают и располагают поперек выработки, прижимая их к ее поверхности, причем для обеспечения их совместной работы сцепление анкеров производят путем пропускания стержня каждого последующего анкера в петлю предыдущего.

Использование данного способа, как показала его опытная проверка, приводит к тому, что сцепление анкеров для обеспечения их совместной работы сразу после установки возможно только при достаточной точности буровых работ по заданной сетке анкерования. При машинном способе бурения шпуров под анкеры и неровной поверхности выработки выполнить это условие довольно сложно, учитывая значительное расстояние от машиниста буровой машины до точки забуривания (до 4 м). Вследствие этого значительно снижается эффективность крепи и производительность работ по креплению выработок, а также усложняется технология крепления вследствие необходимости перебуривания части шпуров.

Изобретение решает задачу повышения эффективности крепления выработок с помощью анкерных крепей и упрощения технологии крепления.

Для этого согласно способу крепления горных выработок, включающему бурение шпуров рядами, установку в них анкеров, загибание их хвостовиков и прижатие хвостовиков к поверхности выработки, сцепление анкеров между собой производят с помощью уголка с отверстиями, выполненными в его полках, причем отогнутый конец хвостовика анкера предыдущего ряда пропускают через отверстие в полке уголка, расположенной перпендикулярно поверхности выработки и закрепляют его стопорным устройством, а анкер следующего ряда устанавливают в шпур через отверстие, выполненное в полке того же уголка, прилегающей к поверхности выработки. При этом длину хвостовика принимают с "запасом", т.е. с учетом возможного отклонения расстояния между шпурами от заданного за счет неточности бурения, а вид стопорного устройства принимают в зависимости от выбранного режима работы крепи.

В одном случае относительно жесткий режим работы крепи создают путем жесткого ограничения перемещения свободного конца хвостовика в отверстии уголка с помощью клина, забиваемого между полкой уголка, прилегающей к поверхности выработки, и концом хвостовика или с помощью другого стопорного устройства (гайки, хомута и т.п.).

В другом случае свободный конец хвостовика может перемещаться в отверстии уголка с регулируемым сопротивлением, создаваемым силами трения на контакте свободного конца хвостовика с обоймой хомута, который затягивают с заданным усилием.

В третьем случае упругоподатливый режим работы крепи создают путем размещения упругоподатливого элемента на свободном конце хвостовика между полкой уголка и гайкой, навинченной на конец хвостовика, или хомутом. Сжатием упругих элементов при помощи затягивания гаек можно задавать начальное натяжение хвостовикам крепи, обеспечивающее упрочнение пород вокруг выработки.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез выработки на призабойном участке, закрепленном предлагаемым способом. Такая крепь может служить в качестве временной, а также постоянной для поддержания выработок в относительно благоприятных условиях, например в массиве крупноблочного строения.

На фиг. 2 (а и б) показаны продольное и поперечное сечения выработки, закрепленной предлагаемым способом, для сложных условий поддержания, например на участках повышенной нарушенности массива горных пород, в зонах интенсивных деформаций и повышенной напряженности массива.

На фиг. 3 и 4 (а и б) показаны конструкции узлов сопряжения анкер-подхватов соответственно с применением натяжной гайки, клина и хомута.

На фиг. 5 показаны различные фазы установки анкер-подхватов.

На фиг. 6 показан анкер-подхват из семипроволочного арматурного каната класса К-7.

На фиг. 7 показан составной анкер-подхват.

Способ осуществляют следующим образом.

Вслед за подвиганием забоя 1 (фиг. 1) в кровле и боках выработки бурят шпуры 2 по заданной сетке анкерования, в которые устанавливают рядами анкер-подхваты (АП) 3. Выступающие из шпуров, загнутые под прямым углом хвостовики 4 располагают вдоль выработки по направлению к забою, при этом свободные концы хвостовиков предыдущего ряда АП 3 должны выступать за линию шпуров последующего ряда.

Для установки каждого последующего ряда АП 3 используют уголки-переходники (УП) 5 из стального проката, например, 100х100х10 длиной 150 мм с отверстиями 6 и 7 в его полках, выполненными на разном расстоянии от его края.

Через отверстие 6 полки 8, расположенной перпендикулярно поверхности выработки, пропускают свободный конец АП 3 предыдущего ряда, затем, перемещая УП 5 по хвостовику 4, совмещают другое отверстие 7 с устьем шпура 2 следующего ряда (фиг. 5) и через это отверстие пропускают стержень АП 3. Таким образом, сопрягают все АП предыдущего и последующего рядов, после чего, в зависимости от принятого вида узла сопряжения, производят те или иные операции по обеспечению совместной работы АП: установку упругоподатливых элементов 9, шайб 10, затяжку гаек 11 (фиг. 3), забивку клиньев 12 (фиг. 4, а) или установку хомутов 13 (фиг. 4, б). Повторяя весь комплекс операций от ряда к ряду, крепление выработки доводят до определенного отставания от забоя, принятого по паспорту крепления выработки. Свободные концы хвостовиков 4 последнего ряда АП 3 крепят у забоя с помощью УП 5, устанавливаемых на устьях шпуров, пробуренных для следующего ряда АП. При этом через отверстие 7 УП в шпурах устанавливаются временные извлекаемые анкеры 14 (фиг. 1).

Крепление выработки вслед за очередным подвиганием забоя 1 осуществляют после извлечения временных анкеров 14 из последнего ряда шпуров 2 на ранее закрепленном участке, вместо которых устанавливают АП 3. Извлечение временных анкеров 14 и установку следующего ряда АП в кровле производят под защитой предохранительной крепи, например деревянных стоек. Затем повторяют цикл операций по креплению в той же последовательности.

При усложнении условий поддержания выработки, закрепленной таким способом, например, с началом влияния очистных работ или на участках повышенной нарушенности массива горных пород, производят усиление крепи аналогичным образом, устанавливая в шпурах 15, пробуриваемых в шахматном порядке по отношению к шпурам 2 (фиг 2, а) АП 16 и второй очереди, при этом на АП 3 предварительно может быть повешена металлическая решетка 17.

Для навешивания решетки 17 ее крепят к хвостовикам 4 с помощью проволочных скруток, после чего в шпуры 15, начиная с нижнего ряда в боку выработки, устанавливают АП 16. Стрежни АП 16 пропускают сквозь ячейки решетки, а хвостовики располагают поверх решетки по контуру выработки. Сцепление АП 16 между рядами осуществляют тем же способом, что и при установке АП 3. Хвостовики последнего (нижнего) ряда анкер-подхватов крепят с помощью УП, устанавливая через отверстие 7 в шпуры следующего ряда анкеры с опорной головкой (или петлей).

При длительном сроке службы выработки после установки крепи по предлагаемому способу в качестве изолирующего покрытия на поверхность выработки может быть нанесен торкрет-бетон.

Изготовление АП, включающее резку арматурного прутка и загибание хвостовиков по принятым параметрам крепи, нарезку резьбы на концах хвостовиков, изготовление УП целесообразно производить в технических мастерских, а затем доставлять в выработку.

В выработках со значительными неровностями на контуре могут найти применение АП из гибкого материала, например семипроволочного арматурного каната класса К-7 (фиг. 6).

По соображениям удобства при транспортировке, технологии изготовления и установки может применяться также составной АП, например, как показано на фиг. 7, выполненный в виде двух стержней с петлевыми загибами, которые при установке соединяют друг с другом, продевая конец петлевого загиба одного стрежня в петлю другого.

Преимущества прелагаемого способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что совместная работа анкер-подхватов сразу после их установки, создавая необходимый подпор породам на контуре выработки и максимально используя их несущую способность, позволяет повысить эффективность крепления горных выработок. С помощью простейших конструктивных решений в узлах сопряжений анкер-подхватов можно задавать крепи различные режимы работы (относительно жесткий, податливый или упругоподагдивый), а также регулировать рабочий режим кровли в процессе эксплуатации выработки. Значительно упрощается технология крепления за счет снижения требований к точности выполнения буровых работ под анкер-подхваты.

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий бурение шпуров рядами, установку в них анкеров, загибание хвостовиков вдоль выработки и сцепление анкеров между собой, отличающийся тем, что сцепление анкеров между собой производят с помощью уголка с отверстиями, выполненными в его полках, причем отогнутый конец хвостовика анкера предыдущего ряда пропускают через отверстие в полке уголка, расположенной перпендикулярно поверхности выработки, и закрепляют его, а анкер следующего ряда устанавливают в шпур через отверстие, выполненное в полке того же уголка, прилегающей к поверхности выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хвостовик анкера закрепляют на уголке с помощью стопорного устройства.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что хвостовик анкера закрепляют на уголке с натягом.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при закреплении хвостовика анкера между полкой уголка и стопорным устройством дополнительно размещают упругоподатливый элемент.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что хвостовик анкера закрепляют на уголке с помощью клина, устанавливаемого между полкой уголка, прилегающей к поверхности выработки, и концом хвостовика.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве анкера используют гибкий трос.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что анкер выполняют составным из непосредственно анкерной части и хвостовика, связанных с помощью петлевых загибов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7